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문제 정의
- 본 논문에서는 대표적인 수중 음향 성능 중 하나인 전달 손실(Transmission Loss, TL)을 측정할 때, 펄스 튜브 벽면과 시편 사이의 간극이 미치는 영향을 분석한다. 실제 시험 시 시편 중심은 정확하게 펄스 튜브 내경 중심과 일치되도록 설치되지는 않지만, 중심과 일치되어 설치된 것으로 가정하고, 간극을 통한 음향 신호의 전달을 모델링하여 간극에 의한 전달 손실의 변화를 해석적으로 구한다.
- 본 논문에서는 펄스 튜브를 이용한 수중 전달 손실 측정 시 시편과 튜브 벽면 사이의 간극에 의한 전달 손실 측정 결과의 변화를 분석했다. 간극 전과 후의 파워의 비를 구하여 전달 계수를 구하는 모델을 이용했으며, 이론값이 알려진 스테인리스 스틸을 이용하여 해석 결과와 실험 결과를 비교하여 간극 해석 모델을 검증했다.
가설 설정
- 간극 폭 β가 관심 파장 λ보다 매우 작으면 간극 음원측과 수음측에서 모든 변수는 φ에 대해 독립적이라 가정할 수 있으며, 단순화를 위하여 점성의 영향에 의한 감쇠 및 전단 파동은 무시한다.
- 이로부터 음원측 음향 입사파는 원통형파 형태로 r 방향으로 벽좌측에서 간극으로 전달되며, 간극에서는 x 방향으로 평면파의 형태로 전파되고, 수음측으로 전파될 때는 다시 r 방향 원통형파의 형태로 전파된다고 간주할 수 있다. 이로부터 해석 모델에서 음파는 r 방향 또는 x 방향 한 방향으로 전파되는 1차원 파동으로 가정할 수 있다.
- 최대 관심 주파수인 10 kHz에서 스테인리스 스틸의 두께 방향 파장의 길이는 약 500 mm이므로 두께 10 mm에 비해 매우 크기 때문에 스테인리스 스틸은 Fig. 5와 같이 질량만을 갖는 강체로 가정할 수 있다. 스테인리스 스틸에 대해 힘 평형과 속도의 연속성 조건을 표현하면 다음과 같다.
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